[发明专利]一种岩土相似材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种岩土相似材料及其制备方法，尤其是适用于岩土工程地质力学模型试验和地震模拟振动台模型试验的岩土相似材料。

背景技术

模型试验是根据一定的相似原理对特定的工程问题进行缩尺研究的一种方法，包括静力模型试验和动力模型试验。利用模型试验的结果，可以推测原型中可能发生的力学现象和规律，从而解决实际工程问题，这种研究方法具有直观、简便、经济、快速以及试验周期短等优点。根据相似理论，在模型试验中应采用相似材料来制作模型，相似材料的成功研制是模型试验能够顺利进行的前提。在模型试验研究中，选择合适的相似材料原料及确定满足相似原理的配比具有重要意义。

目前，用于模型试验的岩土相似材料通常有：

①以加膜铁粉和重晶石粉为骨料，以松香为胶结剂【韩伯鲤，陈霞龄，宋一乐，等.岩体相似材料的研究[J].武汉水利电力大学学报.1997(2)：6-9】，该材料的主要缺点是在制作相似材料时，给粗骨料加膜用的氯丁胶粘剂中含有甲苯，挥发时侵入人体后有毒害作用。

②以不同粒径级配的石英砂为主填充料的材料，以石膏、水泥和水为粘结剂【左保成，陈从新，刘才华，等.相似材料试验研究[J].岩土力学.2004(11)：1805-1808】，该材料中石英砂自身密度偏小，无法得到密度大于2.6g/cm³的相似材料。

③以磁铁矿精矿粉和河砂为主料，以石膏或水泥为黏结剂【马芳平，李仲奎，罗光福.NIOS模型材料及其在地质力学相似模型试验中的应用[J].水力发电学报.2004(1)：48-51】，该材料在研制过程中未考虑粗细骨料含量不同对材料摩擦特性的影响。

④以铁矿粉、重晶石粉、石英砂为骨料，松香、酒精溶液作为胶结剂，石膏作为调节剂【王汉鹏，李术才，张强勇，等.新型地质力学模型试验相似材料的研制[J].岩石力学与工程学报.2006(9)：1842-1847】，该材料采用加工堆砌制作模型，不易制作连续、均匀的模型。

⑤采用重晶石粉作为骨料，以石膏、机油或液体石蜡油作为胶结剂，其他材料如石英砂、石灰石粉、氧化锌粉、立德粉、铁粉、膨润土粉、甘油等作为调节容重和变形模量的辅助材料【姜小兰，陈进，孙绍文，等.锦屏工程地质力学模型坝基岩体新型材料研究[J].长江科学院院报.2009(6)：40-43】，这一类材料多采用压制成型，拼装砌筑制作模型，不易制作连续、均匀的模型。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述存在问题，提供一种能满足岩土工程地质力学模型试验和地震模拟振动台物理模型试验的岩土相似材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明的技术解决方案为：

一种岩土相似材料，所述岩土相似材料由下列组分按质量份比分别为：

所述铁精粉的粒径为200目，重晶石粉的粒径为325目，石英砂的粒径为20～40目。

一种岩土相似材料的制备方法，所述制备方法按以下步骤进行：

a各材料组分按质量份比分别为：

分别称取各原材料。

b将按质量份比称取好的铁精粉、重晶石粉、石英砂、石膏放入搅拌盆中，充分搅拌均匀，形成干混合料。

c在搅拌均匀的干混合料中加入按质量份比称取好的水和甘油进一步搅拌均匀，形成潮混合料。

d将搅拌好的潮混合料倒入刚性模具内，进行夯实。

e将夯实好的潮混合料进行脱模形成岩土相似材料试件，取出试件置于常温下，自然风干，风干时间5-7天。

本发明方法研制的相似材料的抗压强度变化范围为0.21～0.61MPa，抗拉强度变化范围为0.023～0.085MPa，变形模量变化范围为38.9～189.1MPa，粘聚力变化范围为0.028～0.113MPa，内摩擦角变化范围为32～43°，密度变化范围为2.77～3.16g/cm³。